[发明专利]基于RISC-V的格密码处理系统、方法、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种基于RISC‑V的格密码处理系统、方法、设备及存储介质。所在系统包括：编译器，配置为从应用程序接收待处理任务，对待处理任务进行编译以得到汇编指令并存储至DRAM中；取值单元，配置为从DRAM中加载汇编指令；译码单元，配置为从取值单元获取汇编指令并进行指令译码，以及获取汇编指令的类型，指令的类型包括基础指令和格密码指令；第一计算执行模块配置为接收并处理基础指令的指令译码以得到计算结果，第二计算执行模块配置为接收并处理格密码指令的指令译码以得到计算结果；写回单元，配置为将计算结果写入到第一数据缓冲存储器中。本发明的方案具有紧耦合特点，提高了计算资源利用效率。

技术领域

本发明属于格密码处理系统，尤其涉及一种基于RISC-V的格密码处理系统、方法、设备及存储介质。

背景技术

现代加密算法一般都是基于复杂数学困难问题提出的，基于数学困难问题来设计加密算法，完成信息的加密。要求解相应的数学困难问题，以当前计算机的算力，无法在多项式时间内完成，也就无法破解加密算法。Shor量子算法为多项式时间内的求解此类数学困难问题提供了方法，随着量子计算机逐步成熟，其强大的并行计算能力和相应的量子攻击算法，对传统的公钥加密算法构成了严重威胁。基于格的加密算法目前没有量子算法可以破解，具有抗量子特性，是当前最有潜力成为后量子时代加密标准的算法。格密码是一种基于格上困难问题提出的加密算法，目前最常用的两个困难问题是短整数问题和错误学习问题(Learning with Error，简称LWE)，其中最具可行性的是基于R-LWE(Ring-LearningWith Error)问题的加密算法，该算法主要的计算开销为环多项式乘法计算，其计算过程主要包括数论转换(Number Theoretic Transforms，简称NTT)、向量乘法、逆NTT以及求模计算等。

目前，基于R-LWE问题的格密码加密算法通常以软件方式实现，软件实现算法的程序通过编译器转化为汇编指令和可执行程序后，在通用处理器进行计算，软件实现相对硬件实现效率低下。目前学术界有部分原型设计通过设计专用的硬件计算单元，作为总线外设模块，实现专用的加密计算。该类设计存在的主要问题是：硬件加密计算单元由于需要适配特定的格密码加密算法，计算结构固定不变，可配置性差，功能非常单一，灵活度相对低；硬件计算单元在非加密计算时间完全闲置，而且加解密计算属于计算密集型算法，占用逻辑资源往往比较大，计算单元的长期空闲造成了硬件资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，有必要针对以上技术问题提供兼顾基础指令和格密码指令处理的一种基于RISC-V的格密码处理系统、方法、设备及存储介质。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于RISC-V的格密码处理系统，所述系统包括：

编译器，配置为从应用程序接收待处理任务，对所述待处理任务进行编译以得到汇编指令并存储至DRAM中；

取值单元，配置为从所述DRAM中加载所述汇编指令；

译码单元，配置为从所述取值单元获取所述汇编指令并进行指令译码，以及获取所述汇编指令的类型，其中指令的类型包括基础指令和格密码指令；

执行单元，包括第一计算执行模块和第二计算执行模块，所述第一计算执行模块配置为接收并处理基础指令的指令译码以得到计算结果，所述第二计算执行模块配置为接收并处理格密码指令的指令译码以得到计算结果；

写回单元，配置为将所述计算结果写入到第一数据缓冲存储器中。

在其中一个实施例中，所述系统还包括第二数据缓冲存储器和访问单元；

所述访问单元配置为将处理格密码指令的指令译码过程中产生的向量数据写入到所述第二数据缓冲存储器中。

在其中一个实施例中，所述系统还包括寄存器；

所述访问单元配置为将处理基础指令的指令译码过程中产生的中间数据写入到所述寄存器中。